CN116082717A - 水凝胶、血管纤维骨架及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及水凝胶、血管纤维骨架及其制备方法和应用。本发明提供了水凝胶，包括：抗菌剂接枝的胶原蛋白和醛基化的透明质酸。本发明采用动态席夫碱法结合醛基化透明质酸、胶原蛋白和抗菌剂制备了具有抑菌作用的生物相容性水凝胶，用于提高纤维骨架的抗炎抗菌性和生物相容性，进一步促进细胞的生长。

Description

水凝胶、血管纤维骨架及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及水凝胶、血管纤维骨架及其制备方法和应用。
背景技术
心血管疾病是人类健康的第一杀手，其中半数以上患者治疗的首选是血管移植，但由于部分患者受自身血管来源的限制而难以实施，因此从治疗条件看发展人工血管尤为重要。目前的人工血管有人工材料构建的人工血管和脱细胞人工血管。人工材料构建的血管大多是以高分子材料纺织或编织而成，生物相容性较差，很难做到与自身血管的顺应性相匹配，且易发生血栓形成和内膜增生。而由异体动物经过脱细胞处理制得的人工血管保留了天然的三维模型，具有良好的生物相容性，但其力学性能和机械强度有待提高。有发明结合可降解高分子骨架制备脱细胞血管支架：首先利用聚已内酯(PCL)等可降解高分子通过纺丝技术制成纤维骨架；其次将骨架埋置入动物体内一定时间，在骨架上生长出细胞和组织；最后取出进行脱细胞等后续工序得到有骨架支撑的人工血管，其力学性能得到了改善。该方法制备人工血管的关键点之一在于骨架埋置入动物后的细胞组织生长环节。然而目前的骨架生物相容性并不理想，其在植入体内后有＞50％的可能引发急性炎症反应，不利于植入后周围血管细胞的粘附、迁移与增殖，导致细胞组织完全生长在骨架上的时间需要38-45天。为了解决这些问题，需要提高骨架的生物相容性和抗菌抗炎性。
胶原蛋白(Collagen)是一种广泛存在于动物结缔组织的多糖蛋白，透明质酸(HA)是一种高度亲水的多糖聚合物。两者都是细胞外基质的组成部分，因此都具有良好的生物相容性和生物可降解性，促进细胞的黏附、迁移、增殖和分化作用以及药物缓释能力。此外HA具有较强的黏弹性和润滑性，HA的加入可以改善水凝胶的机械性能和稳定性。而且HA本身具有一定的抗菌、抗炎作用，可以起到抑菌效果。醛基化透明质酸是HA经氧化生成的衍生物，不仅具有抗炎抗菌性，还能够与胶原蛋白的氨基快速反应形成凝胶，但是其抑菌效果有限，对大面积炎症无法快速起到作用，因此需要抗菌剂的加入。
现有的人工血管纤维骨架在埋植入动物体内后容易产生炎症反应，生物相容性较差，无法快速抗炎抗菌，导致组织细胞在骨架上的黏附生长周期长，生长情况不良等问题，目前还没有针对这些缺点的技术发明。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了水凝胶、血管纤维骨架及其制备方法和应用。本发明采用动态席夫碱法结合醛基化透明质酸、胶原蛋白和抗菌剂制备了具有抑菌作用的生物相容性水凝胶，用于提高纤维骨架的抗炎抗菌性和生物相容性，进一步促进细胞的生长。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了水凝胶，包括：抗菌剂接枝的胶原蛋白和醛基化的透明质酸。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述接枝的接枝率＞38％。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述抗菌剂和所述胶原蛋白的质量比为1:3。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述抗菌剂包括：没食子酸、表没食子儿茶素没食子酸酯或甲磺酸帕珠沙星中的一种或多种。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法包括以下步骤：取鱼皮脱脂后，去除非胶原成分，调节pH值，酶提取后，离心，收集沉淀，透析，冷冻干燥后获得所述胶原蛋白。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述鱼皮为罗非鱼鱼皮。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述去除非胶原成分采用0.1mol/L的NaOH溶液；所述鱼皮与所述NaOH溶液的质量体积比为1:20。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述调解pH值为中性。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述酶提取采用0.2mol/L醋酸溶液(1:30w/v)和1‰的胃蛋白酶(750U，Sigma)。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述酶提取的温度为4℃，时间为36h。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述酶提取中还包括离心，收集上清的步骤；所述离心的转速为1000r/min，时间为10min。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述收集上清后还包括与NaCl溶液混合的步骤；所述与NaCl溶液混合后终浓度为0.9mol/L。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述离心的转速为1000r/min，时间为10min。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述收集沉淀于0.2mol/L醋酸溶液。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述透析包括第一透析～第三透析；所述第一透析采用0.02mol/L的Na2HPO4溶液(pH8.6)透析24h；所述第二透析采用0.05mol/L醋酸溶液透析24h；所述第三透析采用蒸馏水透析24h。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述胶原蛋白的制备方法中所述冷冻干燥的真空度为5～15Pa，时间为24h，温度为-20℃。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述醛基化的透明质酸的制备方法包括以下步骤：取所述透明质酸氧化后，中和，透析，冷冻干燥后获得所述醛基化的透明质酸。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述醛基化的透明质酸的制备方法中所述氧化采用0.02g/mL的高碘酸钠溶液。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述醛基化的透明质酸的制备方法中所述透明质酸与所述高碘酸钠的摩尔比为5:1。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述醛基化的透明质酸的制备方法中所述氧化的温度为35℃，时间为6h，搅拌速度为600r/min。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述醛基化的透明质酸的制备方法中所述中和采用乙二醇溶液；所述乙二醇溶液的摩尔质量不少于所述高碘酸钠的摩尔质量。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述醛基化的透明质酸的制备方法中所述中和的时间为1h。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述醛基化的透明质酸的制备方法中所述透析采用去离子水；所述透析的时间为24h，每4h换一次所述去离子水。
在本发明的一些实施方案中，上述水凝胶中，所述醛基化的透明质酸的制备方法中所述冷冻干燥的真空度为5～15Pa，时间为24h，温度为-20℃。
本发明还提供了上述水凝胶在制备血管纤维骨架中的应用。
本发明还提供了血管纤维骨架，包括：上述水凝胶和纤维骨架。
本发明还提供了上述血管纤维骨架的制备方法，包括以下步骤：
S1：取预处理的原料干燥、熔融后，纺丝于骨架，获得所述纤维骨架；
S2：取上述所述水凝胶喷涂于所述纤维骨架，获得所述血管纤维骨架。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述原料包括：聚己内酯。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述预处理包括烘干的步骤；所述烘干的温度为40℃，时间为1h。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述干燥的温度为55℃，时间为30min。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述熔融的温度为100℃～120℃，时间为30min。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述熔融的温度为110℃。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述骨架包括：硅胶管或硅胶条。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述骨架包括超声清洗的步骤；所述超声的时间为30min，次数不少于2次。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法S1中所述纺丝时的纺丝回数为110回～450回，平移速度为30mm/s～50mm/s，转速为160r/min～200r/min，熔融温度为100℃～120℃，压力为110kPa～150kPa；所述水凝胶中所述抗菌接枝的胶原蛋白的浓度为1wt％～5wt％，所述透明质酸的浓度为1wt％～10wt％。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述纺丝的高度为60cm，针头高度为18mm。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述纺丝的平移速度为38mm/s，转速为183r/min，熔融温度为110℃，压力为130kPa，纺丝回数为260回。
在本发明的一些实施方案中，所述水凝胶中所述抗菌接枝的胶原蛋白的浓度为1wt％、3wt％或5wt％，所述透明质酸的浓度为1wt％、5wt％或10wt％。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述水凝胶中所述抗菌剂接枝的胶原蛋白和所述透明质酸的体积比为1:1。
在本发明的一些实施方案中，上述制备方法中，所述喷涂的转速为400r/min，压力为2个大气压，时间为10min。
本发明提供了上述血管纤维骨架或上述制备方法获得的血管纤维骨架在制备如下任意项的产品中的应用；
(I)、促进细胞粘附；和/或
(II)、促进细胞生长；和/或
(III)、促进血管生成；和/或
(IV)、降低钙化沉积；和/或
(V)、抗菌抗炎。
本发明提供了水凝胶，包括：抗菌剂接枝的胶原蛋白和醛基化的透明质酸，及水凝胶的应用和血管纤维骨架及其制备方法和应用。
本发明的有益效果包括：
(1)、本发明所使用的的原料为生物多糖，具备良好生物相容性和降解能力，对人体无毒无害，且来源广泛，成本低廉，提高人工血管骨架的生物相容性。
(2)、本发明提供的透明质酸具有一定的抗炎抗菌作用，而且具有较强的黏弹性，醛基化透明质酸也具有这些特性，因此可以起到抗炎抗菌的效果并提高水凝胶粘附性和机械稳定性。此外醛基化透明质胶的醛基可以与胶原蛋白的氨基快速反应，在1～5min内凝胶成型，而且无需引入其他化学交联剂或光引发剂，可有效避免外加交联剂的毒性和副作用。
(3)、本发明加入的抗菌剂不仅有抗菌抗炎作用而且副作用低，还能够促进产生血管生成相关的蛋白，对细胞有增殖、分化作用。
(4)、本发明中将抗菌剂接枝在胶原蛋白上可以稳定药物浓度，控制药物的定期释放。
(5)、利用本发明制备的生物型人工血管致密性提高，组织细胞生长周期可以缩短至22～30天。
(6)、本发明提供的一种负载抗菌剂水凝胶用于提高人工血管纤维骨架的抗炎抑菌性和生物相容性，促进组织细胞的黏附生长。
具体实施方式
本发明公开了水凝胶、血管纤维骨架及其制备方法和应用。
应该理解，表述“……中的一种或多种”单独地包括每个在所述表述后叙述的物体以及所述叙述的物体中的两者或更多者的各种不同组合，除非从上下文和用法中另有理解。与三个或更多个叙述的物体相结合的表述“和/或”应该被理解为具有相同的含义，除非从上下文另有理解。
术语“包括”、“具有”或“含有”，包括其语法同义语的使用，通常应该被理解为开放性和非限制性的，例如不排除其他未叙述的要素或步骤，除非另有具体陈述或从上下文另有理解。
应该理解，只要本发明仍可操作，步骤的顺序或执行某些行动的顺序并不重要。此外，两个或更多个步骤或行动可以同时进行。
本文中的任何和所有实例或示例性语言如“例如”或“包括”的使用，仅仅打算更好地说明本发明，并且除非提出权利要求，否则不对本发明的范围构成限制。本说明书中的任何语言都不应解释为指示任何未要求保护的要素对于本发明的实践是必不可少的。
此外，用以界定本发明的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。因此，除非另有明确的说明，应当理解本公开所用的所有范围、数量、数值与百分比均经过“约”的修饰。在此处，“约”通常是指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％之内。
(一)制备胶原蛋白
(1)取10g罗非鱼鱼皮用体积分数为10％的正丁醇脱脂24h，其中，罗非鱼鱼皮和正丁醇溶液的质量体积比为1:20，正丁醇溶液每8h更换一次；
(2)蒸馏水冲洗后用浓度为0.1mol/L的NaOH水溶液中浸泡24h以除去非胶原成分，水洗至中性，罗非鱼鱼皮和NaOH水溶液的质量体积比为1:20，NaOH水溶液每8h更换一次；
(3)加入0.2mol/L醋酸溶液(1:30w/v)和1‰的胃蛋白酶(750U，Sigma)，4℃磁力搅拌提取36h，10000r/min离心10min，上清液即为酶促溶性胶原蛋白；
(4)在上清液中加入NaCl至最终浓度0.9mol/L，10000r/min离心10min，收集沉淀溶于0.2mol/L醋酸溶液中，用0.02mol/L的Na2HPO4溶液(pH8.6)透析24h，用0.05mol/L醋酸溶液透析24h，再用蒸馏水透析24h，即可得到酶溶性胶原蛋白溶液。将酶溶性胶原蛋白溶液在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h，得到胶原蛋白。
(二)制备抗菌剂接枝的胶原蛋白
(1)称取一定量的抗菌剂(如没食子酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、甲磺酸帕珠沙星等中的一种或几种)溶解在去离子水中配置成0.025g/mL的抗菌剂水溶液；
(2)另取步骤(一)获得的一定量的胶原蛋白溶解于去离子水中配置成0.05g/mL的胶原蛋白水溶液；
(3)将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入胶原蛋白水溶液中，调整pH为4，得到含胶原蛋白的反应体系，EDC和NHS的物质的量是胶原蛋白物质的量的2倍；
(4)将抗菌剂水溶液加入到含胶原蛋白的反应体系中，室温(20-25℃)下搅拌12h，胶原蛋白质量是抗菌剂质量的3倍；
(5)透析4天，先在-20℃下预冷冻12h，然后在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h得到抗菌剂接枝的胶原蛋白；分装于西林瓶中，密封、灭菌。
(三)制备醛基化透明质酸
一定量的透明质酸溶解在去离子水中配置成0.5g/mL的水溶液，其中透明质酸购自国药编号为XW90046192；
另取一定量的高碘酸钠溶解于去离子水中配成0.02g/mL的溶液，透明质酸与高碘酸钠的摩尔比为5:1，其中高碘酸钠购自国药编号为80117316；
将高碘酸钠溶液边搅拌边滴加入透明质酸溶液，在35℃下避光反应6h，搅拌速度为600r/min；
反应结束后滴加乙二醇溶液至体系中，中和残留的高碘酸钠，乙二醇的摩尔质量不低于使用的高碘酸钠摩尔质量，继续反应1小时后停止反应；
用去离子水透析24h，每4h换一次水，先在-20℃下预冷冻12h，然后在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h得到醛基化透明质酸；分装于西林瓶中，密封、灭菌。
(四)将步骤(三)获得的醛基化透明质酸溶解于生理盐水中，制成1-10wt％的溶液A(优选5％)。
(五)将步骤(二)获得的抗菌剂接枝的胶原蛋白溶解于生理盐水中，制成1-5wt％的溶液B(优选3％)。
(六)制备生物型人工血管纤维骨架
(1)备料：硅胶管、硅胶条剪成60～62cm的长度；然后放在超声波清洗机中超声30min两次；超声完成后放入酒精中浸泡；
称取15g聚己内酯装在棕色瓶中，于40℃烘箱中烘1h，待用；
(2)投料熔融：开启纺丝机器，设置温度55℃，把称量好的物料15g倒入料筒中干燥30min。再设定熔料温度100～120℃(优选110℃)，达到设定温度后，熔料30min；
(3)纺丝：设置机器参数纺丝高度60mm，针头高度18mm，纺丝回数可设110回～450回(优选260回)，平移速度30～50mm/s(优选38mm/s)，转速160～200r/min(优选183r/min)，熔融温度100～120℃(优选110℃)，压力110～150kPa(优选130kPa)，将直径清洗好的硅胶管与旋转电机相连，纺丝得到在硅胶管外纤维呈螺旋式缠绕的骨架。
(七)将步骤(六)获得的生物型人工血管纤维骨架插入轴芯上，并将轴芯附接到电机上，以400r/min的速度旋转。
(八)将步骤(四)获得的溶液A和步骤(五)获得的溶液B按1:1的体积比分别装入双注射喷雾装置，在2个大气压的压力下作用下雾化喷涂在旋转的生物型人工血管纤维骨架上，并保持转速10min，在10min内形成载药水凝胶涂覆层。
本发明实施例1～实施例5、对比例和效果例中，所用原料及试剂均可由市场购得。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1、0.5％AHA/0.5％PMSC-C水凝胶涂覆的生物型人工血管
(步骤一)制备胶原蛋白
(1)取10g罗非鱼鱼皮用200mL体积分数为10％的正丁醇脱脂24h，正丁醇溶液每8h更换一次；
(2)蒸馏水冲洗后用浓度为0.1mol/L的NaOH水溶液200mL中浸泡24h以除去非胶原成分，水洗至中性，NaOH水溶液每8h更换一次；
(3)加入0.2mol/L醋酸溶液(1:30w/v)和1‰的胃蛋白酶(750U，Sigma)，4℃磁力搅拌提取36h，10000r/min离心10min，上清液即为酶促溶性胶原蛋白；
(4)在上清液中加入NaCl至最终浓度0.9mol/L，10000r/min离心10min，收集沉淀溶于0.2mol/L醋酸溶液中，用0.02mol/L的Na2HPO4溶液(pH8.6)透析24h，用0.05mol/L醋酸溶液透析24h，再用蒸馏水透析24h，即可得到酶溶性胶原蛋白溶液。将酶溶性胶原蛋白溶液在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h，得到胶原蛋白。
(步骤二)制备抗菌剂接枝的胶原蛋白
(1)称取1g甲磺酸帕珠沙星溶解在40mL去离子水中配置成0.025g/mL的甲磺酸帕珠沙星水溶液；
(2)另取3g(步骤一)制备的胶原蛋白溶解于60mL去离子水中配置成0.05g/mL的胶原蛋白水溶液；
(3)将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入胶原蛋白水溶液中，调整pH为4，得到含胶原蛋白的反应体系，EDC和NHS的物质的量是胶原蛋白物质的量的2倍；
(4)将40mL的甲磺酸帕珠沙星水溶液加入到含胶原蛋白的反应体系中，室温(20-25℃)下搅拌12h；
(5)透析4天后，先在-20℃下预冷冻12h，然后在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h得到抗菌剂接枝的胶原蛋白(PMSC-C)；分装于西林瓶中，密封、灭菌。
(步骤三)制备醛基化透明质酸
(1)取5g透明质酸溶解在10mL去离子水中配置成0.5g/mL的水溶液，其中透明质酸购自国药编号为XW90046192；
另取300mg的高碘酸钠溶解于15mL去离子水中配成0.02g/mL的溶液，其中高碘酸钠购自国药编号为80117316；
将13.75mL高碘酸钠溶液边搅拌边滴加入10mL的透明质酸溶液，在35℃下避光反应6h，搅拌速度为600r/min；
反应结束后滴加1mL乙二醇溶液至体系中，中和残留的高碘酸钠，继续反应1小时后停止反应；
用去离子水透析24h，每4h换一次水，先在-20℃下预冷冻12h，然后在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h得到醛基化透明质酸(AHA)；分装于西林瓶中，密封、灭菌。
(步骤四)将(步骤三)获得的醛基化透明质酸溶解于生理盐水中，制成1wt％的溶液A。
(步骤五)将(步骤二)获得的甲磺酸帕珠沙星接枝的胶原蛋白溶解于生理盐水中，制成1wt％的溶液B。
(步骤六)制备生物型人工血管纤维骨架：
(1)备料：硅胶管、硅胶条剪成60～62cm的长度；然后放在超声波清洗机中超声30min两次；超声完成后放入酒精中浸泡；
称取15g聚己内酯装在棕色瓶中，于40℃烘箱中烘1h，待用；
(2)投料熔融：开启纺丝机器，设置温度55℃，把称量好的物料15g倒入料筒中干燥30min。再设定熔料温度110℃，达到设定温度后，熔料30min；
(3)纺丝：设置机器参数纺丝高度60mm，针头高度18mm，纺丝回数可设260回，平移速度38mm/s，转速183r/min，熔融温度110℃，压力130kPa，将直径清洗好的硅胶管与旋转电机相连，纺丝得到在硅胶管外纤维呈螺旋式缠绕的骨架。
(步骤七)载药水凝胶涂覆
(1)将(步骤六)获得的生物型人工血管纤维骨架插入轴芯上，并将轴芯附接到电机上，以400r/min的速度旋转。
(2)将(步骤四)获得的5mL溶液A和(步骤五)获得的5mL溶液B分别装入双注射喷雾装置，在2个大气压的压力下作用下雾化喷涂在旋转的生物型人工血管纤维骨架上，并保持转速10min，在10min内形成载药水凝胶涂覆层。
实施例2、2.5％AHA/1.5％PMSC-C水凝胶涂覆的生物型人工血管
制备步骤与实施例1相似，不同之处在于(步骤四)中溶液A的醛基化透明质酸浓度为5％，(步骤五)中溶液B的甲磺酸帕珠沙星接枝胶原蛋白浓度是3％。
实施例3、5％AHA/2.5％PMSC-C水凝胶涂覆的生物型人工血管
制备步骤与实施例1相似，不同之处在于(步骤四)中溶液A的醛基化透明质酸浓度为10％，(步骤五)中溶液B的甲磺酸帕珠沙星接枝胶原蛋白浓度是5％。
实施例4、2.5％AHA/1.5％GA-C水凝胶涂覆的生物型人工血管
(步骤一)制备胶原蛋白
(1)取10g罗非鱼鱼皮用200mL体积分数为10％的正丁醇脱脂24h，正丁醇溶液每8h更换一次；
(2)蒸馏水冲洗后用浓度为0.1mol/L的NaOH水溶液200mL中浸泡24h以除去非胶原成分，水洗至中性，NaOH水溶液每8h更换一次；
(3)加入0.2mol/L醋酸溶液(1:30w/v)和1‰的胃蛋白酶(750U，Sigma)，4℃磁力搅拌提取36h，10000r/min离心10min，上清液即为酶促溶性胶原蛋白；
(4)在上清液中加入NaCl至最终浓度0.9mol/L，10000r/min离心10min，收集沉淀溶于0.2mol/L醋酸溶液中，用0.02mol/L的Na2HPO4溶液(pH8.6)透析24h，用0.05mol/L醋酸溶液透析24h，再用蒸馏水透析24h，即可得到酶溶性胶原蛋白溶液。将酶溶性胶原蛋白溶液在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h，得到胶原蛋白。
(步骤二)制备抗菌剂接枝的胶原蛋白
(1)称取1g没食子酸(GA)溶解在40mL去离子水中配置成0.025g/mL的没食子酸水溶液；
(2)另取3g(步骤一)制备的胶原蛋白溶解于60mL去离子水中配置成0.05g/ml的胶原蛋白水溶液；
(3)将EDC和NHS加入胶原蛋白水溶液中，调整pH为4，得到含胶原蛋白的反应体系，EDC和NHS的物质的量是胶原蛋白物质的量的2倍；
(4)将40mL的没食子酸水溶液加入到含胶原蛋白的反应体系中，室温(20-25℃)下搅拌12h；
(5)透析4天后，先在-20℃下预冷冻12h，然后在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h得到抗菌剂接枝的胶原蛋白(GA-C)；分装于西林瓶中，密封、灭菌。
(步骤三)制备醛基化透明质酸
(1)取5g透明质酸溶解在10mL去离子水中配置成0.5g/mL的水溶液，其中透明质酸购自国药编号为XW90046192；
另取300mg的高碘酸钠溶解于15mL去离子水中配成0.02g/mL的溶液，其中高碘酸钠购自国药编号为80117316；
将13.75mL高碘酸钠溶液边搅拌边滴加入10mL的透明质酸溶液，在35℃下避光反应6h，搅拌速度为600r/min；
反应结束后滴加1mL乙二醇溶液至体系中，中和残留的高碘酸钠，继续反应1小时后停止反应；
用去离子水透析24h，每4h换一次水，先在-20℃下预冷冻12h，然后在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h得到醛基化透明质酸(AHA)；分装于西林瓶中，密封、灭菌。
(步骤四)将(步骤三)获得的醛基化透明质酸溶解于生理盐水中，制成5wt％的溶液A。
(步骤五)将(步骤二)获得的没食子酸接枝的胶原蛋白溶解于生理盐水中，制成3wt％的溶液B。
(步骤六)制备生物型人工血管纤维骨架
(1)备料：硅胶管、硅胶条剪成60～62cm的长度；然后放在超声波清洗机中超声30min两次；超声完成后放入酒精中浸泡；
称取15g聚己内酯装在棕色瓶中，于40℃烘箱中烘1h，待用；
(2)投料熔融：开启纺丝机器，设置温度55℃，把称量好的物料15g倒入料筒中干燥30min。再设定熔料温度110℃，达到设定温度后，熔料30min；
(3)纺丝：设置机器参数纺丝高度60mm，针头高度18mm，纺丝回数可设260回，平移速度38mm/s，转速183r/min，熔融温度110℃，压力130kPa，将直径清洗好的硅胶管与旋转电机相连，纺丝得到在硅胶管外纤维呈螺旋式缠绕的骨架。
(步骤七)载药水凝胶涂覆
(1)将(步骤六)获得的生物型人工血管纤维骨架插入轴芯上，并将轴芯附接到电机上，以400r/min的速度旋转。
(2)将(步骤四)获得的5mL溶液A和(步骤五)获得的5mL溶液B分别装入双注射喷雾装置，在2个大气压的压力下作用下雾化喷涂在旋转的生物型人工血管纤维骨架上，并保持转速10min，在10分钟内形成载药水凝胶涂覆层。
实施例5、2.5％AHA/1.5％EGCG-C水凝胶涂覆的生物型人工血管
制备步骤与实施例4相似，不同之处在于(步骤二)中接枝的抗菌剂是表没食子儿茶素没食子酸酯：
(步骤一)制备胶原蛋白
(1)取10g罗非鱼鱼皮用200mL体积分数为10％的正丁醇脱脂24h，正丁醇溶液每8h更换一次；
(2)蒸馏水冲洗后用浓度为0.1mol/L的NaOH水溶液200mL中浸泡24h以除去非胶原成分，水洗至中性，NaOH水溶液每8h更换一次；
(3)加入0.2mol/L醋酸溶液(1:30w/v)和1‰的胃蛋白酶(750U，Sigma)，4℃磁力搅拌提取36h，10000r/min离心10min，上清液即为酶促溶性胶原蛋白；
(4)在上清液中加入NaCl至最终浓度0.9mol/L，10000r/min离心10min，收集沉淀溶于0.2mol/L醋酸溶液中，用0.02mol/L的Na2HPO4溶液(pH8.6)透析24h，用0.05mol/L醋酸溶液透析24h，再用蒸馏水透析24h，即可得到酶溶性胶原蛋白溶液。将酶溶性胶原蛋白溶液在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h，得到胶原蛋白。
(步骤二)制备抗菌剂接枝的胶原蛋白
(1)称取1g表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)溶解在40mL去离子水中配置成0.025g/mL的没食子酸水溶液；
(2)另取3g(步骤一)制备的胶原蛋白溶解于60mL去离子水中配置成0.05g/ml的胶原蛋白水溶液；
(3)将EDC和NHS加入胶原蛋白水溶液中，调整pH为4，得到含胶原蛋白的反应体系，EDC和NHS的物质的量是胶原蛋白物质的量的2倍；
(4)将40mL的没食子酸水溶液加入到含胶原蛋白的反应体系中，室温(20-25℃)下搅拌12h；
(5)透析4天后，先在-20℃下预冷冻12h，然后在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥得到表没食子儿茶素没食子酸酯接枝的胶原蛋白(EGCG-C)；分装于西林瓶中，密封、灭菌。
(步骤三)制备醛基化透明质酸
(1)取5g透明质酸溶解在10mL去离子水中配置成0.5g/mL的水溶液，其中透明质酸购自国药编号为XW90046192；
另取300mg的高碘酸钠溶解于15mL去离子水中配成0.02g/mL的溶液，其中高碘酸钠购自国药编号为80117316；
将13.75mL高碘酸钠溶液边搅拌边滴加入10mL的透明质酸溶液，在35℃下避光反应6h，搅拌速度为600r/min；
反应结束后滴加1mL乙二醇溶液至体系中，中和残留的高碘酸钠，继续反应1小时后停止反应；
用去离子水透析24h，每4h换一次水，先在-20℃下预冷冻12h，然后在-20℃，真空度5～15Pa下冷冻干燥24h得到醛基化透明质酸(AHA)；分装于西林瓶中，密封、灭菌。
(步骤四)将(步骤三)获得的醛基化透明质酸溶解于生理盐水中，制成5wt％的溶液A。
(步骤五)将(步骤二)获得的没食子酸接枝的胶原蛋白溶解于生理盐水中，制成3wt％的溶液B。
(步骤六)制备生物型人工血管纤维骨架
(1)备料：硅胶管、硅胶条剪成60～62cm的长度；然后放在超声波清洗机中超声30min两次；超声完成后放入酒精中浸泡；
称取15g聚己内酯装在棕色瓶中，于40℃烘箱中烘1h，待用；
(2)投料熔融：开启纺丝机器，设置温度55℃，把称量好的物料15g倒入料筒中干燥30min。再设定熔料温度110℃，达到设定温度后，熔料30min；
(3)纺丝：设置机器参数纺丝高度60mm，针头高度18mm，纺丝回数可设260回，平移速度38mm/s，转速183r/min，熔融温度110℃，压力130kPa，将直径清洗好的硅胶管与旋转电机相连，纺丝得到在硅胶管外纤维呈螺旋式缠绕的骨架。
(步骤七)载药水凝胶涂覆
(1)将(步骤六)获得的生物型人工血管纤维骨架插入轴芯上，并将轴芯附接到电机上，以400r/min的速度旋转。
(2)将(步骤四)获得的5mL溶液A和(步骤五)获得的5mL溶液B分别装入双注射喷雾装置，在2个大气压的压力下作用下雾化喷涂在旋转的生物型人工血管纤维骨架上，并保持转速10min，在10分钟内形成载药水凝胶涂覆层。
对比例、生物型人工血管纤维骨架
(1)备料：硅胶管、硅胶条剪成60～62cm的长度；然后放在超声波清洗机中超声30min两次；超声完成后放入酒精中浸泡；
称取15g聚己内酯装在棕色瓶中，于40℃烘箱中烘1h，待用；
(2)投料熔融：开启纺丝机器，设置温度55℃，把称量好的物料15g倒入料筒中干燥30min。再设定熔料温度110℃，达到设定温度后，熔料30min；
(3)纺丝：设置机器参数纺丝高度60mm，针头高度18mm，纺丝回数可设260回，平移速度38mm/s，转速183r/min，熔融温度110℃，压力130kPa，将直径清洗好的硅胶管与旋转电机相连，纺丝得到在硅胶管外纤维呈螺旋式缠绕的骨架。
效果例
(一)生物相容性测试
1、体外细胞毒性测试(MTT法)
体外细胞毒性试验根据标准《GB/T 16886.5-2017医疗器械生物学评价第5部分体外细胞毒性试验》的MTT细胞毒性试验进行，步骤如下：
(1)将L929细胞接种至96孔板，培养24h：采用酶促消化(胰蛋白酶/EDTA)将培养细胞从培养瓶中移出，细胞悬液在200g离心3min。用培养基重悬细胞悬液，调整密度为1×105个细胞/mL。将100μL MEM培养基加到96孔组织培养微量滴定板的外围孔中作为空白对照，在其余孔中加人100μL密度为1×105个细胞/mL的细胞悬液。在37℃，>90％湿度环境下恒温孵育24h。
(2)加入样品浸提液：孵育24h后吸出培养基。每孔加人100μL含100％浓度的实验样品浸提液的处理培养基或溶剂(空白样品)的处理培养基。孵育24h(5％CO2，37℃，>90％湿度)。
(3)加入MTT溶液：孵育24h后吸出培养基。每一试验孔中加入50μLMTT溶液，在37℃恒温箱中再孵育2h。然后吸出MTT溶液，每孔加入100μL异丙醇溶液。震荡，在微孔滴定板光度计上测定570nm吸光度，空白对照平均吸光度为OD0，试验人工血管样品平均吸光度为ODt。
计算存活率：结果见表1。
2、血液相容性测试
溶血试验根据标准《GBT 16175-2008医用有机硅材料生物学评价试验方法》中的溶血试验进行，步骤如下：
(1)取健康家兔耳动脉血，3.8％枸格酸钠溶液1:9抗凝。取新鲜抗凝兔血4mL，加入5mL 0.9％氯化钠注射液中混匀，得到稀释抗凝兔血。
(2)取实施例1～实施例5和对比例样品的0.5cm长小段，加入装有生理盐水10mL的离心管中，阴性对照组每管加入10mL 0.9％氯化钠溶液；阳性对照组每管加入10mL蒸馏水。每组平行操作3管。
(3)全部试管放入恒温水浴(37±1)℃中30min后，加入0.2mL稀释抗凝兔血，摇匀，再次在(37±1)℃水浴60min。
(4)倒出管内液体以800r/min离心5min取上清液。
使用紫外线分光光度仪测定在545nm处人工血管样品OD值(A)、阴性对照组OD值(B)和阳性对照组OD值(C)，计算溶血率：结果见表1。
表1实施例与对比例的生物相容性比较
细胞存活率(％) 溶血率(％)
实施例1 85.9±0.36 0.72±0.11
实施例2 89.1±0.85 0.54±0.23
实施例3 90.3±0.51 0.60±0.15
实施例4 90.7±0.94 0.84±0.34
实施例5 91.2±1.02 0.92±0.29
对比例 75.7±1.69 4.5±0.56
从表1中可以看出，现有技术制备的生物型人工血管(对比例)的细胞存活率为75.7％，溶血率为4.5％，当涂覆了负载有抗菌剂的水凝胶后细胞存活率明显增加，溶血率明显下降。随着醛基化透明质酸和抗菌药接枝胶原蛋白浓度增加，细胞存活率增加，而溶血率降低，实施例3与实施例2的细胞存活率和溶血率无显著差异。因此，证明本发明能提高生物型人工血管的生物相容性。
(二)抗菌性测试
将大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌在Luria-Bertani培养基中于37℃培养12h。然后取100μL均匀涂布在固体琼脂培养基上。将实施例1～实施例5和对比例剪取直径8mm的圆形试样，在超净工作台紫外照射30min灭菌。
置于培养基表面，并在37℃下培养24h。培养24h后取出观察培养基上的细菌生长情况并记录抑菌圈直径(mm)，测试结果见表2。
表2实施例与对比例的抗菌性比较
从表2可以看出，现有技术制备的生物型人工血管(对比例)几乎没有抗菌作用，所以容易导致在移植后产生炎症。当涂覆了负载有抗菌剂的水凝胶后抗菌性明显增加，随着载抗菌药水凝胶浓度增加，抑菌效果加强，实施例2和实施例3的抑菌效果无明显差异。证明本发明可以提高生物型人工血管抑菌作用。
(三)体内抗钙化能力测试
将实施例1～实施例5和对比例的生物型人工血管剪成1.0×1.0cm的正方形，用生理盐水冲洗并紫外灯下灭菌8h。幼龄的Wistar大鼠腹腔注射10％水合氯醛麻醉，背部朝上固定四肢，背部上下开两个纵向切口，手术器械分离两侧皮下组织后，将处理好的材料置于皮下，缝合伤口，最后用碘酒消毒创面。4周后取材，称重后80℃烘箱中烘干至恒重m，置于消解内罐中，加入5mL硝酸，进行微波消解。消解结束后，取出内罐，转移消解液至25mL容量瓶中；用少量水多次洗涤内罐壁，并将其同时转移到容量瓶中，用水定容至25mL，混匀，作为检验液；同法制备不加生物型人工血管的空白检验液。定容后用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)定量溶液中钙离子的浓度，最后计算出钙含量：其中c1是供试品检验液中钙含量单位为μg/mL，c0是空白检验液中钙含量单位为μg/mL，V是检验液定容体积(25mL)，m是供试品的质量单位为mg。
从表3可以看出，现有技术制备的生物型人工血管(对比例)钙含量较高，容易引起钙化。当涂覆了负载有抗菌剂的水凝胶后钙含量下降至2μg/mg以下，随着水凝胶浓度增加钙含量下降至1μg/mg以下。说明本发明可以降低生物型人工血管的钙化沉积。
表3实施例与对比例的钙含量和细胞组织生长能力比较
钙含量(μg/mg) 组织厚度(mm)
实施例1 1.9±0.9 1.2±0.11
实施例2 0.5±0.1 1.8±0.23
实施例3 0.7±0.4 1.6±0.15
实施例4 0.8±0.7 1.4±0.34
实施例5 0.6±1.0 1.2±0.29
对比例 22.3±9.1 0.3±0.02
(四)细胞组织生长能力测试
实施例1～实施例5和对比例的生物型人工血管利用厚度仪测量埋植前厚度D0。羊术前禁食1天，肌肉注射咪达唑仑(0.05mg/kg)和陆眠宁(1.50mg/kg)对实验羊麻醉，并进行气管插管持续麻醉。对手术部位剃毛消毒，用无菌手术刀切开实验羊背部皮肤。通过无菌钢管和切开的开口，将生物型人工血管植入羊皮下的空腔中。充分清洗伤口后缝合。饲养28天，其中前3天注射青霉素。4周后，再次麻醉实验羊，用无菌手术刀沿着移植物切开其周围的皮层，取出移植物，放入无菌的PBS里，切去两端固定处，测量厚度Dt。计算组织生长厚度＝Dt-D0。结果见表3。
从表3可以看出现有技术制备的生物型人工血管(对比例)经过4周的生长，组织只有0.3mm厚，需要更长的时间才能生长成满足血管应用的厚度。而涂覆了负载有抗菌剂的水凝胶的生物型人工血管经过4周能够生长1mm以上厚度的组织。因为涂覆了负载有抗菌剂的水凝胶的生物型人工血管具有更好的生物相容性和抑菌性，大大减小了炎症，促进了细胞的粘附生长和血管生成，所以4周内即可完成细胞组织的生长。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.水凝胶，其特征在于，包括：抗菌剂接枝的胶原蛋白和醛基化的透明质酸。
2.如权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述抗菌剂和所述胶原蛋白的质量比为1:3。
3.如权利要求1或2所述的水凝胶，其特征在于，所述抗菌剂包括：没食子酸、表没食子儿茶素没食子酸酯或甲磺酸帕珠沙星中的一种或多种。
4.如权利要求1至3任一项所述的水凝胶，其特征在于，所述胶原蛋白的制备方法包括以下步骤：取鱼皮脱脂后，去除非胶原成分，调节pH值，酶提取后，离心，收集沉淀，透析，冷冻干燥后获得所述胶原蛋白。
5.如权利要求1至4任一项所述的水凝胶，其特征在于，所述醛基化的透明质酸的制备方法包括以下步骤：取所述透明质酸氧化后，中和，透析，冷冻干燥后获得所述醛基化的透明质酸。
6.如权利要求1至5任一项所述的水凝胶在制备血管纤维骨架中的应用。
7.血管纤维骨架，其特征在于，包括：如权利要求1至5任一项所述的水凝胶和纤维骨架。
8.如权利要求7所述的血管纤维骨架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取预处理的原料干燥、熔融后，纺丝于骨架，获得所述纤维骨架；
S2：取如权利要求1至5任一项的所述水凝胶喷涂于所述纤维骨架，获得所述血管纤维骨架。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，S1中所述纺丝时的纺丝回数为110回～450回，平移速度为30mm/s～50mm/s，转速为160r/min～200r/min，熔融温度为100℃～120℃，压力为110kPa～150kPa；所述水凝胶中所述抗菌接枝的胶原蛋白的浓度为1wt％～5wt％，所述透明质酸的浓度为1wt％～10wt％。
10.如权利要求7所述的血管纤维骨架或如权利要求8或9所述制备方法获得的血管纤维骨架在制备如下任意项的产品中的应用；
(I)、促进细胞粘附；和/或
(II)、促进细胞生长；和/或(III)、促进血管生成；和/或(IV)、降低钙化沉积；和/或(V)、抗菌抗炎。
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